JP7470014B2

JP7470014B2 - 洗濯機

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Publication number: JP7470014B2
Application number: JP2020185098A
Authority: JP
Inventors: 強志細糸
Original assignee: Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Current assignee: Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Priority date: 2020-11-05
Filing date: 2020-11-05
Publication date: 2024-04-17
Anticipated expiration: 2040-11-05
Also published as: CN114438728A; JP2022074766A

Description

本発明の実施形態は、洗濯機に関する。

洗濯機において、衣類が収容される回転槽を回転駆動するための三相ブラシレスＤＣモータであるモータの断線検出を行う技術として、次のような従来技術が挙げられる。第１の従来技術は、モータを駆動するインバータ回路の入力電流の最大値と平均値との差により断線を検出するものである。第２の従来技術は、三相個別に検出されるモータの相電流を平滑したうえで、それら三相の電流のうち一相の電流値と他の二相の電流値との比較結果に基づいて断線を検出するものである。

第３の従来技術は、モータの各相間の線間電圧が基準値以上であり且つモータの相電流が閾値以下である状態が所定時間継続した場合に断線と判定するものである。第４の従来技術は、断線が疑われる場合に特別なモータ通電を行うことにより検出精度を向上させるものである。第５の従来技術は、瞬時断線で発生するモータ過電流をコンパレータにより素早い応答でもって検出するものである。

特開平１０－１４５９６０号公報特開２００９－６１１６４号公報特開２０１５－２１３６６６号公報特開２０１７－２０５２８６号公報特開２０１９－７２１７５号公報

第１の従来技術では、負荷変動が大きい場合には、断線が発生していない状態であっても入力電流の最大値と平均値との差が大きくなることから誤検知が発生し易いという課題がある。第２の従来技術では、相電流を平滑する必要があることから応答時間が比較的長くなるという課題があり、また、半断線や回転揺れ時の瞬時断線を検出することができないという課題がある。

第３の従来技術では、運転などの状況によっては、線間電圧および相電流に位相ずれが生じるため、誤検知が発生し易いという課題がある。第４の従来技術は、実際の運転動作中に行うことができる方法ではなく、あくまでも補完的なものとなっている。第５の従来技術では、モータの高速回転中には断線が発生した状態であってもモータ電流が増加し難いことから、コンパレータによる判定が困難になるという課題がある。

そこで、回転槽を回転駆動するモータの断線を精度良く検出しつつ断線検出に要する時間を短くすることができる洗濯機を提供する。

実施形態の洗濯機は、衣類が収容される回転槽と、前記回転槽の内部に回転可能に設けられるパルセータと、前記回転槽を回転駆動するとともに減速ギアを介して前記パルセータを回転駆動する三相ブラシレスＤＣモータであるモータと、前記モータを駆動するＰＷＭ制御方式のインバータ回路と、前記モータの三相の電流を個別に検出する電流検出部と、前記インバータ回路を介して前記モータをベクトル制御する制御部と、前記モータの断線を検出する断線検出部と、前記断線検出部により断線が検出されると前記モータの回転を停止させるとともに異常報知を行う異常処理部と、を備える。前記断線検出部は、前記モータが前記減速ギアを介して前記パルセータを回転駆動する期間中に前記電流検出部により検出された電流値について平滑化する平滑化処理を実行し、前記三相の電流のうち一相の電流値が他の二相の電流値のうち少なくとも一方の電流値に比較して所定値以下となる状態が所定時間継続した場合に断線を検出する。

第１実施形態に係る洗濯機の構成を模式的に示す一部の縦断側面図第１実施形態に係る制御ユニットを中心とした洗濯機の電気的構成を模式的に示す機能ブロック図第１実施形態に係る洗濯機の電気的構成を模式的に示す回路図第１実施形態に係るモータのステータの構成を模式的に示す図第１実施形態に係るモータのロータの構成を模式的に示す図第１実施形態に係る水流形状を模式的に示す図第１実施形態に係る平滑化処理を実施する前後のモータの三相の電流値を模式的に示すタイミングチャート第２実施形態に係る断線検出の流れを示すフローチャート

以下、複数の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図１～図７を参照して説明する。

＜洗濯機の構成＞
図１に示すように、洗濯機１００は、その外郭を構成する外箱１０１の内部に、上面が開放した有底円筒状の水槽１０２が弾性吊持機構１０３によって弾性的に支持されている。水槽１０２の内部には、上面が開放した有底円筒状の回転槽１０４が回転可能に設けられている。回転槽１０４は、その内部に洗濯物となる衣類を出し入れ可能に収容されるものである。

回転槽１０４の底部には、当該回転槽１０４の底部を補強するための補強部材１０５が設けられている。回転槽１０４は、垂直な軸線を中心に回転するように構成されており、洗濯物を洗う洗い運転が行われる洗い行程および洗濯物をすすぐすすぎ運転が行われるすすぎ行程における洗濯槽、および、洗濯物を脱水する脱水運転が行われる脱水行程における脱水槽として兼用される。つまり、洗濯機１００は、回転槽１０４の回転中心軸が垂直方向に延びるいわゆる縦軸型洗濯機である。

回転槽１０４は、その周壁部に多数の孔１０６を有している。これらの孔１０６は貫通しており、通水および通気が可能である。なお、図１には多数の孔１０６のうち一部だけを示している。回転槽１０４の上部には、例えば塩水などの液体が封入された合成樹脂製のバランスリング１０７が取り付けられている。回転槽１０４の内部、具体的には内底部には、撹拌体として例えば合成樹脂で形成されたパルセータ１０８が回転可能に設けられている。水槽１０２の下部には排水経路１０９が設けられている。排水経路１０９には排水弁１１０が設けられており、排水弁１１０が開放されることにより、水槽１０２内の水が機外に排出される。また、水槽１０２の底部には、水位検知用のエアトラップ１１１が設けられている。

水槽１０２の下部の中央部には駆動機構部１１２が設けられている。駆動機構部１１２は、モータ１１３およびクラッチ兼減速ギアが含まれたクラッチ機構部１１２ａなどを備えている。駆動機構部１１２は、洗い行程時またはすすぎ行程時においては、クラッチ機構部１１２ａにより回転力をパルセータ１０８に伝達する。このため、洗い行程時またはすすぎ行程時に回転槽１０４は回転駆動されず、パルセータ１０８だけが回転駆動される。このとき、パルセータ１０８は、１／５減速されて回転駆動されるとともに、正転方向および反転方向に交互に回転される。

また、駆動機構部１１２は、脱水行程時においては、モータ１１３の回転力をクラッチ機構部１１２ａによりパルセータ１０８および回転槽１０４に伝達する。このため、脱水行程時にパルセータ１０８は、回転槽１０４と一体に回転駆動される。このとき、回転槽１０４は減速無しで回転駆動される。このように、モータ１１３は、回転槽１０４を回転駆動するとともに減速ギアを介してパルセータ１０８を回転駆動する。

外箱１０１の上部には、トップカバー１１４が設けられている。トップカバー１１４には、洗濯物出入口を開閉する例えば二つ折り式の蓋１１５が開閉可能に設けられている。なお、水槽１０２の上部には、図示しない槽カバーが開閉可能に取り付けられている。トップカバー１１４の前部には、操作パネル１１６が設けられている。操作パネル１１６の裏側には、洗濯機１００の動作全般を制御する制御ユニット１１７が配置されている。トップカバー１１４内の後部には、水源からの水を水槽１０２内に供給する給水機構部１１８が設けられている。給水機構部１１８は、図示しない給水弁や水槽１０２に連通する図示しない給水経路などを備えており、制御ユニット１１７が給水弁の開閉を制御することにより、水槽１０２内への給水が制御される。

＜制御ユニット＞
図２に示すように、制御ユニット１１７は、例えばマイコンを主体に構成されたものであり、洗濯機１の動作全般を制御する機能を備えている。制御ユニット１１７には、操作パネル１１６に含まれる操作入力部１１６ａ、水槽１０２内の水位を検出する水位センサ１２１、安全スイッチ１２２、モータ１１３の回転数を検出する回転数センサ１２３、モータ１１３が有するロータの回転位置を検出する回転位置センサ９などから信号が入力される。

安全スイッチ１２２は、トップカバー１１４の下部から水槽１０２の外周面と外箱１０１の内面との間に位置するように垂下する状態に設けられる図示しない安全レバーによって操作されるものである。安全スイッチ１２２は、水槽１０２が揺れて水槽１０２の外面が上記安全レバーに当接することに伴い操作されることで、水槽１０２の揺れが大きいことを検出する。制御ユニット１１７は、これらの入力信号と、予め備えた制御プログラムに基づき、操作パネル１１６に含まれる表示部１１６ｂ、給水機構部１１８に含まれる給水弁１１８ａ、モータ１１３、切替用モータ１２４などを制御する。

切替用モータ１２４は、クラッチ機構部１１２ａおよび排水弁１１０を、連動して切り替え操作するためのものである。具体的には、切替用モータ１２４により排水弁１１０を開放動作させた場合には、クラッチ機構部１１２ａは、モータ１１３によりパルセータ１０８と回転槽１０４を一体的に回転させるように切り替えられる。また、排水弁１１０を閉鎖動作させた場合には、クラッチ機構部１１２ａは、モータ１１３によりパルセータ１０８だけを独立させて回転させるように切り替えられる。なお、切替用モータ１２４の代わりに電磁ソレノイドを用いる構成とすることもできる。

＜洗濯機の制御系に係る電気的構成＞
図３は、モータ１１３の駆動制御系を示す機能ブロック図である。この場合、制御ユニット１１７は、モータ１１３を駆動するＰＷＭ制御方式のインバータ回路１を備えている。なお、ＰＷＭは、Pulse Width Modulationの略称である。インバータ回路１は、半導体スイッチング素子である６個のＩＧＢＴ２ａ～２ｆを三相ブリッジ接続して構成されており、各ＩＧＢＴ２ａ～２ｆのコレクタ－エミッタ間には、フライホイールダイオード３ａ～３ｆが接続されている。インバータ回路１の各相出力端子は、モータ１１３の各モータ巻線１１３ｕ、１１３ｖ、１１３ｗにそれぞれ接続されている。本実施形態では、モータ１１３として、例えばアウタロータ型の三相ブラシレスＤＣモータを採用している。

下アーム側のＩＧＢＴ２ｄのエミッタは、電流検出素子であるシャント抵抗４ａを介してグランドに接続されるとともに、抵抗素子５ａおよびコンデンサ６ａを介してグランドに接続されている。抵抗素子５ａおよびコンデンサ６ａの共通接続点は、マイコンである制御回路７のＡ／Ｄ入力２端子に接続されているとともに、過電流判定回路８の入力端子に接続されている。下アーム側のＩＧＢＴ２ｅのエミッタは、電流検出素子であるシャント抵抗４ｂを介してグランドに接続されるとともに、抵抗素子５ｂおよびコンデンサ６ｂを介してグランドに接続されている。抵抗素子５ｂおよびコンデンサ６ｂの共通接続点は、制御回路７のＡ／Ｄ入力３端子に接続されているとともに、過電流判定回路８の入力端子に接続されている。

下アーム側のＩＧＢＴ２ｆのエミッタは、電流検出素子であるシャント抵抗４ｃを介してグランドに接続されるとともに、抵抗素子５ｃおよびコンデンサ６ｃを介してグランドに接続されている。抵抗素子５ｃおよびコンデンサ６ｃの共通接続点は、制御回路７のＡ／Ｄ入力４端子に接続されているとともに、過電流判定回路８の入力端子に接続されている。過電流判定回路８は、３つのコンパレータを含む構成であり、３相の電流を独立して判定する構成となっている。過電流判定回路８の出力信号は過電流検出に基づく緊急停止信号となり、制御回路７は、緊急停止入力端子を介して緊急停止信号の入力があるとインバータ回路１に対するＰＷＭ信号の出力を停止する。

モータ１１３には、ロータの回転位置を検出する１つの回転位置センサ９が配置されている。回転位置センサ９は、磁気センサであり、例えばホールＩＣで構成され、回転位置の検出結果に対応するデジタル信号であるセンサ信号を出力する。回転位置センサ９から出力されるセンサ信号は、ＮＯＴゲート１０を介して制御回路７のセンサ入力端子に入力される。ＮＯＴゲート１０の出力端子は、コンデンサ１１を介してグランドに接続されている。

インバータ回路１の入力側には駆動用電源回路１２が接続されている。駆動用電源回路１２は、１００Ｖの交流電源１３を、ダイオードブリッジで構成される全波整流回路１４および直列接続された２個のコンデンサ１５ａ、１５ｂにより倍電圧全波整流し、約２８０Ｖの直流電圧をインバータ回路１に供給する。第１電源回路１６は、インバータ回路１に供給される約２８０Ｖの駆動用電源を降圧して１５Ｖ電源を生成すると、モータ１１３を駆動する駆動回路１７、高圧ドライバ１９および第３電源回路２０に供給する。

第２電源回路１８は、上記駆動用電源を降圧して５Ｖの制御用電源を生成し、制御回路７、回転位置センサ９などに供給する三端子レギュレータである。高圧ドライバ１９は、インバータ回路１における上アーム側のＩＧＢＴ２ａ～２ｃを駆動するために配置されている。第３電源回路２０は、第１電源回路１６により生成される１５Ｖ電源より５Ｖ電源を生成し、その電源を過電流判定回路８に供給する。制御回路７のＡ／Ｄ入力２端子、ＡＤ入力３端子およびＡＤ入力４端子は、抵抗素子２１ａ、２１ｂおよび２１ｃによりそれぞれ５Ｖ電源にプルアップされている。

駆動用電源回路１２の出力端子、インバータ回路１の正側直流母線とグランドとの間には、抵抗素子２２ａ、２２ｂの直列回路が接続されており、両者の共通接続点は、制御回路７のＡ／Ｄ入力１端子に接続されている。制御回路７は、シャント抵抗４ａ、４ｂ、４ｃの各端子電圧に基づきモータ１１３に通電される３相電流を検出し、ベクトル制御を行うことで電圧率が正弦波状に変化する三相上下分のＰＷＭ信号を生成する。制御回路７は、ＰＷＷ信号を、駆動回路１７および上側については高圧ドライバ１９をも介して、インバータ回路１を構成する各ＩＧＢＴ２ａ～２ｆのゲートに出力する。このように、制御回路７は、駆動回路１７の動作を制御することにより、各ＩＧＢＴ２ａ～２ｆからなるインバータ回路１によるモータ１１３の駆動を制御する。

駆動回路１７において各ＰＷＭ信号を入力するための各入力端子は、抵抗素子２３によりグランドにプルダウンされている。上記構成において、下アーム側のＩＧＢＴ２ｄ、２ｅ、２ｆの各エミッタと、高圧ドライバ１９との間には、ブートストラップコンデンサ２４ｄ、２４ｅ、２４ｆがそれぞれ接続されている。上記構成では、ＩＧＢＴ２ａ～２ｆのスイッチング動作に伴ってブートストラップコンデンサ２４ｄ～２４ｆが充電されることで、高圧ドライバ１９が上アーム側のＩＧＢＴ２ａ～２ｃのゲートを駆動するための電源電圧が生成されるようになっている。上記構成では、モータ１１３の巻線１１３ｕ、１１３ｖ、１１３ｗには、２８０Ｖ程度の電圧が印加されるとともに、５～１０Ａ程度の電流が流れる。

このように、本実施形態において、制御回路７は、モータ１１３の三相の電流を個別に検出する電流検出部として機能するとともに、インバータ回路１を介してモータ１１３をベクトル制御する制御部として機能する。また、本実施形態において、制御回路７は、モータ１１３の断線を検出する断線検出部として機能するとともに、後述するような動作を行う異常処理部として機能する。制御回路７による断線検出部としての機能は、具体的には次のようなものとなる。

すなわち、制御回路７は、モータ１１３が減速ギアを介してパルセータ１０８を回転駆動する期間中に検出されたモータ１１３の三相の電流値について平滑化する平滑化処理を実行し、三相の電流のうち一相の電流値が他の二相の電流値のうち少なくとも一方の電流値に比較して所定値以下となる状態が所定時間継続した場合に断線を検出する。このような制御回路７による断線検出は、モータ１１３の起動後で回転数が安定しているときに実施される。具体的には、制御回路７は、モータ１１３の回転数が所定の閾値回転数以上であるときに上記したようにして断線を検出する。なお、閾値回転数は、例えば５００ｒｐｍに設定されている。

上記した平滑化処理は、具体的には次のように行われる。すなわち、制御回路７は、検出されたモータ１１３の三相の電流値について移動平均を求めることにより平滑化するようになっている。この場合、上記した移動平均の時間は、モータ１１３の回転に伴う電流の変化周期の整数倍に設定される。本実施形態では、上記した移動平均の時間は、電流の変化周期の１０倍、つまり電流の１０周期に設定されている。また、制御回路７は、インバータ回路１の出力電圧が所定電圧以上であり、且つモータ１１３の三相の電流値の全てが所定値以下である場合に断線を検出する。

さらに、本実施形態において、制御回路７は、モータ１１３の電流が所定の判定電流より大きいときにモータ１１３に過大な電流が流れている過電流状態を検知する過電流検知部として機能するとともに、モータ１１３の回転数が所定の判定回転数未満であるときにモータ１１３の回転が異常である回転異常を検知する回転異常検知部として機能する。制御回路７による異常報知部としての機能は、具体的には次のようなものとなる。

すなわち、制御回路７は、断線検出部としての機能により断線が検出されるとモータ１１３の回転を停止させるとともに異常報知を行う。異常報知は、操作パネル１１６の表示部１１６ｂおよび図示しないブザーなどによりユーザに対して異常を報知する処理である。また、制御回路７は、過電流検知部としての機能により過電流状態が検知された場合または回転異常検知部としての機能により回転異常が検知された場合にもモータ１１３の回転を停止させるとともに上記異常報知を行う。

＜モータの構成＞
モータ１１３の具体的な構成としては、例えば図４および図５に示すような構成を採用することができる。モータ１１３は、図４に示すステータ３１を備えている。ステータ３１は、ステータコアおよびステータ巻線をモールド樹脂により一体化した構成となっている。この場合、ステータ３１には、その１周にわたって等間隔で１８個のスロット３２が設けられている。つまり、ステータ３１は、１８スロットの構成となっている。なお、図４では、一部のスロット３２だけが図示されている。

また、モータ１１３は、図５に示すロータ３３を備えている。ロータ３３は、フレーム、ロータコアおよび複数の磁石３４をモールド樹脂により一体化した構成となっている。この場合、ロータ３３には、その１周にわたって等間隔で１２個の永久磁石である磁石３４が設けられている。つまり、ロータ３３は、１２極の構成となっている。

＜水流形状＞
上記構成の洗濯機１００では、洗い行程時またはすすぎ行程時、つまりモータ１１３が減速ギアを介してパルセータ１０８を回転駆動する期間、水槽１０２内の水の水流形状は、図６に示すように変化する。なお、図６において、縦軸は、モータ１１３の回転数、ひいては水槽１０２内の水の水流形状を示しており、０を境界に上側が正転方向、下側が反転方向となっている。すなわち、モータ１１３の回転数が正転方向に大きくなると水流形状も同様に正転方向に大きくなる。このとき、モータ１１３の回転数は、約０．２秒かけて所定の回転数まで漸増し、その状態が約０．８秒継続され、その後は０ｒｐｍとなるように低下する。

その後、モータ１１３の回転数が反転方向に大きくなると水流形状も同様に反転方向に大きくなる。このとき、モータ１１３の回転数は、約０．２秒かけて所定の回転数まで漸増し、その状態が約０．８秒継続され、その後は０ｒｐｍとなるように低下する。このように、上記構成の洗濯機１００では、モータ１１３が減速ギアを介してパルセータ１０８を回転駆動する期間、水槽１０２の水の水流形状は、約１秒毎に正転および反転を繰り返すような形状となる。

次に、上記構成の制御回路７により行われる断線検出に関する具体的な処理内容について、図７のタイミングチャートを参照して説明する。
この場合、洗い行程時にモータ１１３およびパルセータ１０８の回転数が洗い時の安定回転数で一定とされている状態において、モータ１１３のＶ相の巻線１１３ｖが０．３秒間の瞬時断線したケースを想定している。なお、本実施形態において、洗い時の安定回転数としては、モータ１１３の回転数が８５０ｒｐｍとなっており、パルセータ１０８の回転数が１７０ｒｐｍとなっている。

図７の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、モータ１１３の各巻線１１３ｕ、１１３ｖ、１１３ｗに流れる電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、交流電流であるため、それらを検出した電流値そのままでは値を判定することができない。そこで、制御回路７は、検出した三相の電流値について、絶対値処理を行い、その後にモータ電流の１０周期区間で移動平均を求めることにより平滑化する平滑化処理を行う。このようにして得られる電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの検出値の平滑後の値は、図７（ｄ）に示すように、変動の少ない一定値となる。

なお、以下の説明および図７では、電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの検出値の平滑後の値のことを、それぞれ平均電流Ｉｕａ、Ｉｖａ、Ｉｗａと称することとする。なお、図７（ｄ）では、平均電流Ｉｕａを実線で示し、平均電流Ｉｖａを一点鎖線で示し、平均電流Ｉｗａを点線で示している。この場合、Ｖ相の巻線１１３ｖが瞬時断線すると、電流Ｉｖが０となり、それにより、平均電流Ｉｖａは、上記した一定値から０に向けて低下し始め、電流Ｉｖが０となった時点から０．１秒程度遅れた時点において０となる。

その後、Ｖ相の巻線１１３ｖの瞬時断線が解消されると、電流Ｉｖが定常時の値となり、それにより、平均電流Ｉｖａは、０から上記した一定値に向けて上昇し始め、電流Ｉｖが定常時の値となった時点から０．１秒程度遅れた時点において上記した一定値となる。これに対し、平均電流Ｉｕａおよび平均電流Ｉｗａは、上記した一定値のまま変動していない。このようなことから、制御回路７は、平均電流Ｉｖａと、平均電流Ｉｕａ、Ｉｗａの一方または双方と比較し、それらの差が所定値以下となる状態が所定時間継続した場合に、Ｖ相の巻線１１３ｖの断線を検出することができる。

以上説明した本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
本実施形態の洗濯機１００において、モータ１１３は、回転槽１０４を回転駆動するとともに、減速ギアを介してパルセータ１０８を回転駆動する。このような構成において、モータ１１３の駆動を制御する制御回路７は、モータ１１３が減速ギアを介してパルセータ１０８を回転駆動する期間中に検出された三相の電流値について平滑化する平滑化処理を実行し、三相の電流のうち一相の電流値が他の二相の電流値のうち少なくとも一方の電流値に比較して所定値以下となる状態が所定時間継続した場合に断線を検出する。

このような構成によれば、平滑化処理に要する時間は、同様に三相の電流値について平滑化を行う第２の従来技術に比べ、大幅に短縮することができる。なぜなら、この場合、減速ギアを介してパルセータ１０８を回転駆動する期間中におけるモータ１１３の回転数、ひいてはモータ１１３の電流の周波数は、減速ギアを介さずに回転槽１０４を回転駆動する期間中におけるモータ１１３の電流の周波数に比べ、大幅に高くなる。そのため、上記構成によれば、モータ１１３の電流値について平滑化する平滑化処理に要する時間は、減速ギアの存在しない第２の従来技術における平滑化処理に要する時間に比べ、大幅に短縮される。

したがって、本実施形態によれば、回転槽１０４を回転駆動するモータ１１３の断線を精度良く検出しつつ断線検出に要する時間を短くすることができるという優れた効果が得られる。また、本実施形態によれば、上述したように断線検出に要する時間が短縮される、つまり、断線検出における検知速度が向上することから、半断線や回転揺れ時などの瞬時断線を検出することができる。

モータ１１３に断線が生じるとモータ１１３の回転数が低下することから、モータ１１３の回転数に基づいて断線検出を行う方法を採用することも考えられる。しかし、このような断線検出には、次のような課題がある。すなわち、モータ１１３は断線したとしてもしばらくは惰性で回転する。このような惰性での回転は、本実施形態のように、減速ギアを有する構成では特に顕著に表れる。そのため、回転数に基づいて断線検出を行う方法では、素早く断線を検出することができず、また、瞬時断線には対応することができない。これに対し、本実施形態の制御回路７による平滑化処理後の三相の電流値に基づく断線検出によれば、回転数に基づいて断線検出を行う方法に比べ、より素早く断線を検出することができるうえ、その断線検出の精度を高くすることができ、さらには、瞬時断線にも対応することができる。

制御回路７は、インバータ回路１の出力電圧が所定電圧以上であり、且つモータ１１３の三相の電流値の全てが所定値以下である場合に断線を検出する。このようにすれば、モータ１１３の三相のうち一相だけの断線に限らず、二相以上の断線についても検知することができる。また、制御回路７は、検出されたモータ１１３の三相の電流値について移動平均を求めることにより平滑化するようになっており、その移動平均の時間は、モータ１１３の回転に伴う電流の変化周期の整数倍に設定されている。このようにすれば、三相の電流値についての平滑に要する時間を短く抑えつつ移動平均後の電流値の変動リップルが小さく抑えられるため、断線検出の精度を一層高めることができる。

上記構成では、モータ１１３の回転数が高い領域でモータ１１３の三相のうち一相だけが断線した場合、他の二相の電流は、誘起電圧によりインバータ回路１の動作が妨げられることなどから急激には増加し難いことから、モータ電流に基づいた判定が困難となる。そこで、本実施形態では、制御回路７による平滑化処理後の三相の電流値に基づく断線検出は、モータ１１３の起動後で回転数が安定しているときに実施される。具体的には、制御回路７は、モータ１１３の回転数が所定の閾値回転数以上であるとき、つまりモータ１１３の回転数が高い領域にあるとき、上記したようにして断線を検出する。

このようにすれば、モータ１１３の回転数が高い領域にあるときについて、モータ１１３の三相のうち一相だけの断線を精度良く検出することができる。また、制御回路７は、モータ１１３の電流が所定の判定電流より大きいときにモータ１１３に過大な電流が流れている過電流状態を検知する過電流検知部として機能するとともに、過電流状態が検知された場合にも断線が検出された場合と同様にモータ１１３の回転を停止させるとともに異常報知を行う。このようにすれば、次のような効果が得られる。

すなわち、モータ１１３の回転数が所定の閾値回転数未満であるとき、つまりモータ１１３の回転数が低い領域にあるとき、制御回路７による平滑化処理後の三相の電流値に基づく断線検出は行われない。しかし、このとき、モータ１１３の三相のうち一相だけが断線すると他の二相の電流が急激に増加するため、過電流状態が検知され、その結果、モータ１１３の回転数が低い領域にあるときにおける一相だけの断線についても確実に検出することができる。

モータ１１３の三相のうち二相以上に断線が生じると、モータ１１３は、回転できなくなり、やがては停止する。そこで、制御回路７は、モータ１１３の回転数が所定の判定回転数未満であるときにモータ１１３の回転が異常である回転異常を検知する回転異常検知部として機能するとともに、回転異常が検知された場合にもモータ１１３の回転を停止させるとともに異常報知を行う。このようにすれば、モータ１１３の回転数が低い領域および高い領域のいずれにあるときでも、モータ１１３の三相のうち一相だけの断線に限らず、二相以上の断線についても検知することができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について図８を参照して説明する。
本実施形態では、第１実施形態に対し、制御回路７における断線検出に関する処理内容に変更が加えられている。本実施形態の制御回路７は、例えば図８に示すような内容の処理を行うようになっている。図８に示すように、ステップＳ１００では、異常検出が実施される。異常検出には、平滑化処理後の三相の電流値に基づく断線検出による瞬時断線の検出、過電流の検出、過電圧の検出、回転不良の検出などが含まれる。ステップＳ１００の実行後はステップＳ２００に進み、例えば３回連続など、複数回連続して異常が検出されたか否かが判断される。

ここで、複数回連続して異常が検出されていない場合、ステップＳ２００で「ＮＯ」となり、ステップＳ１００に戻る。これに対し、複数回連続して異常が検出された場合、ステップＳ２００で「ＹＥＳ」となり、ステップＳ３００に進む。ステップＳ３００では、モータ１１３に瞬時断線などの異常が生じたと判断され、モータ１１３の回転が停止される。ステップＳ３００の実行後はステップＳ４００に進み、モータ１１３に対して所定の検査用電流を流す制御が行われ、その検査用電流による断線検出が実施される。このようなステップＳ４００は、完全断線を検出する処理となる。

ステップＳ４００の実行後はステップＳ５００に進み、断線が検出されたか否かが判断される。ここで、断線が検出されない場合、ステップＳ５００で「ＮＯ」となり、ステップＳ６００に進む。ステップＳ６００では、検出された異常の要因をユーザに対して報知する異常要因報知処理が実施される。異常の要因とは、前述した瞬時断線、過電流、過電圧、回転不良などである。これに対し、断線が検出された場合、ステップＳ５００で「ＹＥＳ」となり、ステップＳ７００に進む。

ステップＳ７００では、モータ１１３に完全断線が生じたと判断され、完全断線が発生した旨をユーザに対して報知する完全断線報知処理が実施される。ステップＳ６００またはＳ７００の実行後、本処理が終了となる。このような本実施形態の断線検出によれば、実際には断線が生じていないにもかかわらず断線を検知してしまう誤検知の発生を抑制しつつ、実際に断線が生じた場合にはその断線を確実に検知することができるため、安全性を向上することができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
上記実施形態で示した数値などは例示であり、それに限定されるものではない。
制御回路７は、三相の電流のうち一相の電流値と他の二相の電流値の双方の電流値と比較するための具体的な手法として、三相の電流のうち一相の電流値と三相の合計の電流値とを比較することもできる。

以上、本発明の複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１はインバータ回路、７は制御回路、１００は洗濯機、１０４は回転槽、１０８はパルセータ、１１３はモータを示す。

Claims

衣類が収容される回転槽と、
前記回転槽の内部に回転可能に設けられるパルセータと、
前記回転槽を回転駆動するとともに減速ギアを介して前記パルセータを回転駆動する三相ブラシレスＤＣモータであるモータと、
前記モータを駆動するＰＷＭ制御方式のインバータ回路と、
前記モータの三相の電流を個別に検出する電流検出部と、
前記インバータ回路を介して前記モータをベクトル制御する制御部と、
前記モータの断線を検出する断線検出部と、
前記断線検出部により断線が検出されると前記モータの回転を停止させるとともに異常報知を行う異常処理部と、
を備え、
前記断線検出部は、前記モータが前記減速ギアを介して前記パルセータを回転駆動する期間中に前記電流検出部により検出された電流値について平滑化する平滑化処理を実行し、前記三相の電流のうち一相の電流値が他の二相の電流値のうち少なくとも一方の電流値に比較して所定値以下となる状態が所定時間継続した場合に断線を検出する洗濯機。
前記断線検出部は、前記インバータ回路の出力電圧が所定電圧以上であり、且つ前記モータの三相の電流値の全てが所定値以下である場合に断線を検出する請求項１に記載の洗濯機。
前記断線検出部は、前記電流検出部により検出された電流値について移動平均を求めることにより平滑化するようになっており、
前記移動平均の時間は、前記モータの回転に伴う電流の変化周期の整数倍に設定されている請求項１または２に記載の洗濯機。
前記断線検出部は、前記モータの回転数が所定の閾値回転数以上であるときに断線を検出する請求項１から３のいずれか一項に記載の洗濯機。
前記モータの電流が所定の判定電流より大きいときに前記モータに過大な電流が流れている過電流状態を検知する過電流検知部と、
前記モータの回転数が所定の判定回転数未満であるときに前記モータの回転が異常である回転異常を検知する回転異常検知部と、
を備え、
前記異常処理部は、前記過電流検知部により前記過電流状態が検知された場合または前記回転異常検知部により前記回転異常が検知された場合にも前記モータの回転を停止させるとともに前記異常報知を行う請求項４に記載の洗濯機。